明 細 書 Specification
高電圧パルス発生回路 High voltage pulse generation circuit
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は、簡単な回路構成にて、低い電圧の直流電源部からインダクタに蓄積さ せた電磁エネルギを開放することにより、極めて短い立ち上がり時間と極めて狭いパ ルス幅とを有する高電圧パルスを供給できる高電圧パルス発生回路に関する。 背景技術 [0001] The present invention provides a high-voltage, short-pulse and extremely narrow pulse width by releasing electromagnetic energy stored in an inductor from a low-voltage DC power supply with a simple circuit configuration. The present invention relates to a high-voltage pulse generation circuit capable of supplying a pulse. Background art
[0002] 最近、高電圧パルスの放電によるプラズマにより、脱臭、殺菌、有害ガスの分解等 を行う技術が適応されるようになってきたが、このプラズマを発生させるために高電圧 の極めて幅の狭いパルスを供給できる高電圧パルス発生回路が必要となる。 [0002] Recently, techniques for deodorizing, disinfecting, decomposing harmful gases, and the like have been applied using plasma generated by the discharge of high-voltage pulses. A high-voltage pulse generation circuit that can supply a narrow pulse is required.
[0003] そこで、従来においては、例えば特許文献 1に示すような高電圧パルス発生回路が 提案されている。この高電圧パルス発生回路 100は、図 21に示すように、直流電源 部 102の両端にインダクタ 104、第 1の半導体スィッチ 106及び第 2の半導体スイツ チ 108を直列に接続し、第 1の半導体スィッチ 106のアノード端子に一端が接続され た前記インダクタ 104の他端に力ソード、前記第 1の半導体スィッチ 106のゲート端子 にアノードとなるようにダイオード 110を接続した極めて簡単な回路である。 [0003] Therefore, conventionally, for example, a high-voltage pulse generation circuit as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. As shown in FIG. 21, the high-voltage pulse generating circuit 100 includes an inductor 104, a first semiconductor switch 106, and a second semiconductor switch 108 connected in series at both ends of a DC power supply section 102, and a first semiconductor switch 108. This is a very simple circuit in which a force source is connected to the other end of the inductor 104 whose one end is connected to the anode terminal of the switch 106, and a diode 110 is connected to the gate terminal of the first semiconductor switch 106 so as to be the anode.
[0004] そして、第 2の半導体スィッチ 108をオンすることにより、第 1の半導体スィッチ 106 も導通し、インダクタ 104に直流電源部 102の電圧が印加され、該インダクタ 104に 誘導エネルギが蓄積される。その後、第 2の半導体スィッチ 108をオフさせると、第 1 の半導体スィッチ 106も急速にターンオフするため、インダクタ 104に非常に急峻に 立ち上がる極めて幅の狭!、高電圧ノ ルス Poが発生し、出力端子 112及び 114より 高電圧パルス Poを取り出すことができる。 [0004] When the second semiconductor switch 108 is turned on, the first semiconductor switch 106 is also turned on, the voltage of the DC power supply unit 102 is applied to the inductor 104, and the induced energy is accumulated in the inductor 104. . After that, when the second semiconductor switch 108 is turned off, the first semiconductor switch 106 is also turned off rapidly, so that the inductor 104 rises very steeply, and has a very narrow width! High voltage pulse Po can be extracted from terminals 112 and 114.
[0005] この高電圧パルス発生回路 100によれば、高電圧が印加される半導体スィッチを 複数個使用することなぐ簡単な回路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭いパ ルス幅を有する高電圧パルス Poを供給することができる。 [0005] According to this high-voltage pulse generation circuit 100, a high-voltage pulse having a steep rise time and an extremely narrow pulse width can be obtained with a simple circuit configuration without using a plurality of semiconductor switches to which a high voltage is applied. Po can be supplied.
特許文献 1:特開 2004— 72994号公報 Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-72994
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 Disclosure of the invention Problems the invention is trying to solve
[0006] し力しながら、上述した高電圧パルス発生回路 100は、第 1の半導体スィッチ 106、 第 2の半導体スィッチ 108及びダイオード 110の電流容量によって高電圧パルス Po の出力が制限されるおそれがある。 [0006] However, in the high-voltage pulse generation circuit 100 described above, the output of the high-voltage pulse Po may be limited by the current capacities of the first semiconductor switch 106, the second semiconductor switch 108, and the diode 110. is there.
[0007] 本発明は、上述した高電圧パルス発生回路をさらに改良を加えることで、簡単な回 路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭!ヽパルス幅を有する高電圧パルスを供 給でき、且つ、大容量ィ匕を図ることができ、高電圧パルスの出力を増大させることが できる高電圧パルス発生回路を提供することを目的とする。 According to the present invention, by further improving the above-described high-voltage pulse generating circuit, it is possible to supply a high-voltage pulse having a steep rise time and an extremely narrow pulse width with a simple circuit configuration, Further, it is an object of the present invention to provide a high-voltage pulse generation circuit capable of achieving high capacity and increasing the output of high-voltage pulses.
[0008] また、本発明の他の目的は、上述の目的に加えて、動作スピードの高速ィ匕を図るこ とができ、電源性能の向上を図ることができる高電圧ノ ルス発生回路を提供すること にある。 Another object of the present invention is to provide, in addition to the above objects, a high-voltage noise generation circuit capable of achieving high-speed operation and improving power supply performance. It is to do.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0009] 本発明に係る高電圧パルス発生回路は、直流電源部の両端に直列接続されたィ ンダクタ、主スィッチ部及び副スィッチ部を有し、前記主スィッチ部は、複数の第 1の 半導体スィッチを有し、前記インダクタの一端は、前記第 1の半導体スィッチのァノー ド端子が接続され、前記副スィッチ部は、少なくとも 1つの第 2の半導体スィッチを有 し、前記第 1の半導体スィッチのゲート端子と前記インダクタの他端間にダイオード部 が接続され、前記ダイオード部は、アノード端子が前記第 1の半導体スィッチのゲート 端子に接続され、力ソード端子が前記インダクタの他端に接続された少なくとも 1つの ダイオードを有することを特徴とする。 [0009] A high-voltage pulse generating circuit according to the present invention has an inductor, a main switch, and a sub-switch connected in series at both ends of a DC power supply, and the main switch includes a plurality of first semiconductors. One end of the inductor is connected to a node terminal of the first semiconductor switch, and the sub-switch portion has at least one second semiconductor switch, and one end of the first semiconductor switch. A diode portion is connected between a gate terminal and the other end of the inductor, the diode portion has an anode terminal connected to the gate terminal of the first semiconductor switch, and a force source terminal connected to the other end of the inductor. It has at least one diode.
[0010] すなわち、本発明においては、主スィッチ部に複数の第 1の半導体スィッチを有す るようにしている。そのため、簡単な回路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭 いパルス幅を有する高電圧パルスを供給でき、且つ、容量の小さい半導体素子を用 いことができ、高電圧パルスの出力を増大させることができる。 [0010] That is, in the present invention, the main switch section has a plurality of first semiconductor switches. Therefore, it is possible to supply a high-voltage pulse having a steep rise time and an extremely narrow pulse width with a simple circuit configuration, use a small-capacity semiconductor element, and increase the output of the high-voltage pulse. Can be.
[0011] そして、前記構成において、前記インダクタは、複数の卷線を有し、前記第 1の半導 体スィッチと前記卷線とが 1対 1、あるいは多対 1、あるいは 1対多、あるいはこれらの 組み合わせの関係で接続されて 、てもよ 、。 [0011] In the configuration, the inductor has a plurality of windings, and the first semiconductor switch and the windings have a one-to-one, many-to-one, or a one-to-many, or They may be connected in a combination of these combinations.
[0012] 主スィッチが複数の第 1の半導体スィッチを有することは、インダクタと各第 1の半導
体スィッチとの間に分岐点が存在することになる。そのため、分岐点と各第 1の半導 体スィッチまでの配線に抵抗ばらつきがあると、各第 1の半導体スィッチに流れる電 流にばらつきが生じるおそれがある。 [0012] The main switch having a plurality of first semiconductor switches may include an inductor and a first semiconductor switch. There will be a fork between the body switch. Therefore, if there is a resistance variation in the wiring between the branch point and each of the first semiconductor switches, the current flowing through each of the first semiconductor switches may be varied.
[0013] しかし、この発明では、各第 1の半導体スィッチと各卷線とを 1対 1、あるいは多対 1 、あるいは 1対多、あるいは組み合わせの関係で接続するようにしているため、前記 分岐点は存在せず、配線の抵抗として各卷線の抵抗値が加わることになる。この場 合、各卷線から各第 1の半導体スィッチまでの配線の抵抗値と各卷線の抵抗値は、 配線の抵抗値 < <卷線の抵抗値の関係にあることから、各卷線から各第 1の半導体 スィッチまでの配線に抵抗ばらつきがあつたとしても、そのばらつきはほとんど影響の ないものとなり、各第 1の半導体スィッチに流れる電流にばらつきはほとんど生じなく なる。 However, in the present invention, each first semiconductor switch and each winding are connected in one-to-one, many-to-one, or one-to-many, or a combination, so that the branching is performed. There is no point, and the resistance of each winding is added as the resistance of the wiring. In this case, the resistance value of the wiring from each winding to each first semiconductor switch and the resistance value of each winding are in the relationship of wiring resistance value <<resistance value of the winding wire. Even if there is resistance variation in the wiring from the first semiconductor switch to the first semiconductor switch, the variation has almost no effect, and the current flowing through each first semiconductor switch hardly varies.
[0014] また、前記構成において、前記第 1の半導体スィッチと前記第 2の半導体スィッチと 力 対 1、あるいは多対 1、あるいは 1対多、これらの組み合わせの関係で接続されて いてもよい。 [0014] Further, in the above configuration, the first semiconductor switch and the second semiconductor switch may be connected to each other in a force pair, a many-to-one, or a one-to-many relationship, or a combination thereof.
[0015] この場合、前記複数の第 1の半導体スィッチの各オフ時点がほぼ同じになるように、 前記各第 1の半導体スィッチに対応する 1つあるいは複数の第 2の半導体スィッチは 、それぞれオフするタイミングが調整されて ヽることが好ま ヽ。 [0015] In this case, one or more second semiconductor switches corresponding to the respective first semiconductor switches are turned off so that the respective off points of the plurality of first semiconductor switches are substantially the same. It is preferable that the timing of the adjustment be adjusted.
[0016] 主スィッチ部における各第 1の半導体スィッチにお 、てそれぞれ特性をまったく同 一にすることは困難である。そのため、例えば各第 1の半導体スィッチにおいてター ンオフが開始されてそれぞれ電荷が引き抜かれる場合を想定したとき、各第 1の半導 体スィッチが完全にオフするまでのストレージ時間は、各第 1の半導体スィッチにお いて異なる。従って、例えば 2つの第 1の半導体スィッチを考えたときに、 1つの第 1の 半導体スィッチがオフとなつた場合、残りの第 1の半導体スィッチのみに対して電流 が流れることになり、損失や信頼性の観点力 好ましくない。 [0016] It is difficult to make the characteristics of the first semiconductor switches in the main switch section exactly the same. Therefore, for example, when it is assumed that the charge is extracted after the turn-off is started in each first semiconductor switch, the storage time until each first semiconductor switch is completely turned off is equal to the first semiconductor switch. Differs for semiconductor switches. Therefore, for example, when two first semiconductor switches are considered, if one first semiconductor switch is turned off, current flows only to the remaining first semiconductor switches, resulting in loss or loss. Power of reliability Not desirable.
[0017] そこで、この発明では、各第 2の半導体スィッチのそれぞれオフするタイミングが調 整されて、複数の第 1の半導体スィッチの各オフ時点がほぼ同じになるようにしている ため、上述のような偏った電流の流れはほとんど生じなくなり、低損失並びに信頼性 の向上を図ることができる。
[0018] また、前記構成にお!、て、前記ダイオード部は、前記第 1の半導体スィッチと前記 ダイオードとが 1対 1、あるいは多対 1、あるいは 1対多、あるいはこれらの組み合わせ の関係で接続されて 、てもよ 、。 [0017] Therefore, in the present invention, the timing at which each of the second semiconductor switches is turned off is adjusted so that each of the plurality of first semiconductor switches has substantially the same off time. Such an uneven current flow hardly occurs, and low loss and reliability can be improved. [0018] In the above configuration, the diode section may be configured such that the first semiconductor switch and the diode are in a one-to-one relationship, a many-to-one relationship, a one-to-many relationship, or a combination thereof. You can be connected.
[0019] この場合、前記複数の第 1の半導体スィッチの各オフ時点がほぼ同じになるように、 前記各第 1の半導体スィッチと、これら各第 1の半導体スィッチに対応する 1つあるい は複数のダイオードとの間の配線は、それぞれインピーダンスが調整されて 、ること が好ましい。 In this case, the first semiconductor switches and one or one corresponding to each of the first semiconductor switches are so set that the off points of the plurality of first semiconductor switches are substantially the same. The wiring between the plurality of diodes is preferably adjusted in impedance.
[0020] 前記インピーダンスは、前記各第 1の半導体スィッチと、これら各第 1の半導体スィ ツチに対応する 1つあるいは複数のダイオードとの間のインダクタンス成分、あるいは レジスタンス成分、ある 、はこれらの組み合わせであってもよ!/、。 The impedance is an inductance component or a resistance component between each of the first semiconductor switches and one or a plurality of diodes corresponding to each of the first semiconductor switches, or a combination thereof. May be! / ,.
[0021] あるいは、前記複数の第 1の半導体スィッチの各オフ時点がほぼ同じになるように、 前記各第 1の半導体スィッチと、これら各第 1の半導体スィッチに対応する 1つあるい は複数のダイオードは、順方向電圧ある ヽは順回復電圧が調整されて 、ることが好 ましい。 [0021] Alternatively, the first semiconductor switches and one or more corresponding to each of the first semiconductor switches are so set that the off points of the plurality of first semiconductor switches are substantially the same. It is preferable that the diode has a forward voltage or a forward recovery voltage that is adjusted.
[0022] また、前記構成にお!、て、前記副スィッチ部は、複数の前記第 2の半導体スィッチ を有し、前記主スィッチ部と前記副スィッチ部とが共通接点を介して接続されて ヽて もよい。あるいは、前記ダイオード部は、複数の前記ダイオードを有し、前記主スイツ チ部と前記ダイオード部とが共通接点を介して接続されていてもよい。もちろん、前 記副スィッチ部は、複数の前記第 2の半導体スィッチを有し、前記ダイオード部は、 複数の前記ダイオードを有し、前記主スィッチ部と前記副スィッチ部とが第 1の共通 接点を介して接続され、前記主スィッチ部と前記ダイオード部とが第 2の共通接点を 介して接続されて 、てもよ ヽ。 [0022] In the above configuration, the sub-switch portion includes a plurality of the second semiconductor switches, and the main switch portion and the sub-switch portion are connected via a common contact. It may be. Alternatively, the diode section may include a plurality of the diodes, and the main switch section and the diode section may be connected via a common contact. Of course, the sub-switch has a plurality of the second semiconductor switches, the diode has a plurality of the diodes, and the main switch and the sub-switch have a first common contact. And the main switch unit and the diode unit may be connected via a second common contact.
[0023] なお、前記第 1の半導体スィッチは、静電誘導サイリスタであってもよ!、。また、前記 第 2の半導体スィッチは、電力用金属酸ィ匕半導体電界効果トランジスタであってもよ い。 Note that the first semiconductor switch may be an electrostatic induction thyristor! Further, the second semiconductor switch may be a metal oxide semiconductor field effect transistor for power.
[0024] 以上説明したように、本発明に係る高電圧パルス発生回路によれば、以下の効果 を奏する。 As described above, the high voltage pulse generation circuit according to the present invention has the following effects.
[0025] (1)簡単な回路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭いパルス幅を有する高電
圧パルスを供給でき、且つ、容量の小さい半導体素子を用いことができ、高電圧パル スの出力を増大させることができる。 [0025] (1) With a simple circuit configuration, a high voltage having a sharp rise time and an extremely narrow pulse width A semiconductor element which can supply a pressure pulse and has a small capacity can be used, and the output of a high-voltage pulse can be increased.
[0026] (2)動作スピードの高速ィ匕を図ることができ、電源性能の向上を図ることができる。 (2) The operating speed can be increased, and the power supply performance can be improved.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0027] [図 1]図 1は、第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generating circuit according to a first embodiment.
[図 2]図 2A〜図 2Cは、第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路の各部の電 圧及び電流の動作波形を説明する図である。 FIG. 2A to FIG. 2C are diagrams illustrating operation waveforms of voltage and current of each unit of the high-voltage pulse generation circuit according to the first embodiment.
[図 3]図 3は、第 2の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generating circuit according to a second embodiment.
[図 4]図 4は、第 3の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generating circuit according to a third embodiment.
[図 5]図 5は、第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generating circuit according to a fourth embodiment.
[図 6]図 6は、第 5の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a fifth embodiment.
[図 7]図 7は、第 6の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a sixth embodiment.
[図 8]図 8は、第 7の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a seventh embodiment.
[図 9]図 9は、第 8の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to an eighth embodiment.
[図 10]図 10は、第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路における電流のバラ ンスを説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining a current balance in a high-voltage pulse generating circuit according to a fourth embodiment.
[図 11]図 11は、 2つの第 1の半導体スィッチが導通して 、る場合の電流のばらつきと 、 2つの第 1の半導体スィッチがターンオフしている場合の引抜電流のばらつきを説 明するための波形図である。 [FIG. 11] FIG. 11 illustrates a variation in current when two first semiconductor switches are turned on and a variation in extraction current when two first semiconductor switches are turned off. FIG.
[図 12]図 12は、インダクタと主スィッチ部間の配線抵抗のばらつきを説明するための 図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining variation in wiring resistance between an inductor and a main switch part.
[図 13]図 13は、第 1の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 13 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a first modification.
[図 14]図 14は、第 2の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 14 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a second modification.
[図 15]図 15は、 2つの第 1の半導体スィッチがターンオフしている場合の引抜電流の ばらつきを説明するための波形図である。 [FIG. 15] FIG. 15 is a waveform diagram for explaining variation in extraction current when two first semiconductor switches are turned off.
[図 16]図 16は、第 3の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a third modification.
[図 17]図 17は、一方の第 1の半導体スィッチのターンオフの開始時点を遅らせて、引 抜電流をバランスさせた状態を説明するための波形図である。
[図 18]図 18は、第 4の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 [FIG. 17] FIG. 17 is a waveform diagram for explaining a state in which the turn-off start time of one of the first semiconductor switches is delayed to balance the extraction current. FIG. 18 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a fourth modification.
[図 19]図 19は、第 5の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 19 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a fifth modification.
[図 20]図 20は、第 6の変形例に係る高電圧パルス発生回路を示す回路図である。 FIG. 20 is a circuit diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a sixth modification.
[図 21]図 21は、従来技術に係る高電圧パルス発生回路を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing a high-voltage pulse generation circuit according to a conventional technique.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0028] 以下、本発明に係る高電圧パルス発生回路の実施の形態例を図 1〜図 20を参照 しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of a high-voltage pulse generating circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 20.
[0029] まず、第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Aは、図 1に示すように、 直流電源 12と高周波インピーダンスを低くするコンデンサ 14とを有する直流電源部 16の両端 18及び 20に直列接続されたインダクタ 22、主スィッチ部 24及び副スイツ チ部 26を有する。 First, as shown in FIG. 1, the high-voltage pulse generating circuit 10 A according to the first embodiment includes two ends 18 and 18 of a DC power supply unit 16 having a DC power supply 12 and a capacitor 14 for reducing high-frequency impedance. An inductor 22, a main switch 24, and a sub-switch 26 are connected in series to 20.
[0030] 主スィッチ部 24は、並列とされた 3つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28cを有し、畐 ij スィッチ部 26も、主スィッチ部 24と同様に、並列とされた 3つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30cを有する。 3つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28cと 3つの第 2の半導体ス イッチ 30a〜30cとはそれぞれ 1対 1の関係で接続されている。複数の第 1の半導体 スィッチ 28a、 28b、 · · ·を一括していう場合には、第 1の半導体スィッチ 28と記し、複 数の第 2の半導体スィッチ 30a、 30b、…を一括していう場合には、第 2の半導体ス イッチ 30と記す。 The main switch section 24 has three first semiconductor switches 28a to 28c arranged in parallel, and the 畐 ij switch section 26 also has three second semiconductor switches arranged in parallel similarly to the main switch section 24. Semiconductor switches 30a to 30c. The three first semiconductor switches 28a to 28c and the three second semiconductor switches 30a to 30c are respectively connected in a one-to-one relationship. When a plurality of first semiconductor switches 28a, 28b,... Are collectively referred to as a first semiconductor switch 28, a plurality of second semiconductor switches 30a, 30b,. Is referred to as a second semiconductor switch 30.
[0031] インダクタ 22は、一次卷線 32と二次卷線 34を有するトランス 36を有し、該トランス 3 6の二次卷線 34の両端 38及び 40 (出力端子)から高電圧パルス Poが取り出されるよ うになつている。二次卷線 34の出力端子 38及び 40には、図示しないが、抵抗負荷 が接続されたり、容量性負荷が接続される。このインダクタ 22の一端 44には、(一次 卷線 32の一端)には、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cのアノード端子が接続され ている。 [0031] The inductor 22 has a transformer 36 having a primary winding 32 and a secondary winding 34, and a high-voltage pulse Po is output from both ends 38 and 40 (output terminals) of the secondary winding 34 of the transformer 36. They are being taken out. Although not shown, a resistance load or a capacitive load is connected to the output terminals 38 and 40 of the secondary winding 34. The one end 44 of the inductor 22 (the one end of the primary winding 32) is connected to the anode terminal of each of the first semiconductor switches 28a to 28c.
[0032] また、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cのゲート端子 42a〜42cとインダクタ 22の 他端 46間にダイオード部 48が接続されている。該ダイオード部 48は、並列とされた 3 つのダイオード 50a〜50cを有し、 3つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28cと 3つのダ ィオード 50a〜50cとが 1対 1の関係で接続されている。複数のダイオード 50a、 50b
、 · · ·を一括していう場合には、ダイオード 50と記す。 Further, a diode section 48 is connected between the gate terminals 42 a to 42 c of the first semiconductor switches 28 a to 28 c and the other end 46 of the inductor 22. The diode section 48 has three diodes 50a to 50c arranged in parallel, and three first semiconductor switches 28a to 28c are connected to the three diodes 50a to 50c in a one-to-one relationship. . Multiple diodes 50a, 50b · · · · Is collectively referred to as diode 50.
[0033] なお、図 1の例では、 3つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30cが直流電源部 16の負 極端子 20側に設けられているが、正極端子 18側に設けても同じ効果をもたらすこと はいうまでもない。また、出力もインダクタ 22からではなぐ主スィッチ部 24の両端か ら取り出すようにしてもよい。 In the example of FIG. 1, three second semiconductor switches 30a to 30c are provided on the negative terminal 20 side of the DC power supply unit 16, but the same effect can be obtained by providing them on the positive terminal 18 side. Needless to say. Also, the output may be taken out from both ends of the main switch section 24, not from the inductor 22.
[0034] 副スィッチ部 26の各第 2の半導体スィッチ 30a〜30cは、自己消弧形あるいは転流 消弧形のデバイスを用いることができる力 この例では、アバランシェ形ダイオードが 逆並列で内蔵された電力用金属酸ィ匕半導体電界効果トランジスタを使用している。 3 つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30cの各ゲート端子とソース端子間には、共通の制 御信号 S 1ある 、はそれぞれ個別の制御信号 Sa〜Scが供給されるようになって 、る [0034] Each of the second semiconductor switches 30a to 30c of the sub-switch section 26 has a force capable of using a self-extinguishing or commutation-extinguishing device. In this example, an avalanche diode is built in antiparallel. And a power metal oxide semiconductor field effect transistor. A common control signal S1 is provided between each gate terminal and a source terminal of the three second semiconductor switches 30a to 30c, and individual control signals Sa to Sc are supplied.
[0035] 主スィッチ部 24の各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cは、電流制御形のデバイス又 は自己消弧形あるいは転流消弧形のデバイスを用いることができるが、この第 1の実 施の形態では、ターンオフ時の電圧上昇率 (dvZdt)に対する耐量が極めて大きぐ 且つ、電圧定格の高い SIサイリスタを用いている。 As each of the first semiconductor switches 28a to 28c of the main switch section 24, a current control type device or a self-extinguishing type or a commutation extinguishing type device can be used. In the present embodiment, an SI thyristor having a very high withstand voltage against a voltage rise rate (dvZdt) at turn-off and a high voltage rating is used.
[0036] 次に、この第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Aの回路動作につい て図 1の回路図と図 2A〜図 2Cの波形図とを参照しながら説明する。 Next, the circuit operation of the high-voltage pulse generating circuit 10A according to the first embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 1 and the waveform diagrams of FIGS. 2A to 2C.
[0037] まず、時点 tOにおいて、各第 2の半導体スィッチ 30a〜30cのゲート ソース間に 制御信号を供給することによって、各第 2の半導体スィッチ 30a〜30cがオンになる。 First, at time tO, a control signal is supplied between the gate and the source of each of the second semiconductor switches 30a to 30c, so that each of the second semiconductor switches 30a to 30c is turned on.
[0038] このとき、ダイオード部 48における各ダイオード 50a〜50cの逆極性の極めて大き なインピーダンスにより、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cは、ゲート及び力ソード間 に正に印加される電界効果によりそれぞれターンオンする。各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cのアノード電流の立ち上がりは、インダクタ 22により抑制されるため、電界 効果だけでも、正常なターンオンが行われる。 At this time, due to the extremely large impedance of the opposite polarity of each of the diodes 50 a to 50 c in the diode section 48, each of the first semiconductor switches 28 a to 28 c is caused by the electric field effect applied between the gate and the force sword. Turn on each one. Since the rise of the anode current of each of the first semiconductor switches 28a to 28c is suppressed by the inductor 22, normal turn-on can be performed only by the electric field effect.
[0039] このようにして、時点 tOで各第 2の半導体スィッチ 30a〜30c及び各第 1の半導体ス イッチ 28a〜28cが導通すると、トランス 36に直流電源 12の電圧 Vとほぼ同じ電圧が 印加され、トランス 36の一次インダクタンスを Lとしたとき、図 2Aに示すように、トランス 36の一次卷線 32に流れる電流 IIは勾配 (VZL)で時間の経過に伴って直線状に
増加する。 As described above, when each of the second semiconductor switches 30a to 30c and each of the first semiconductor switches 28a to 28c conduct at time tO, a voltage substantially equal to the voltage V of the DC power supply 12 is applied to the transformer 36. Assuming that the primary inductance of the transformer 36 is L, as shown in FIG. 2A, the current II flowing through the primary winding 32 of the transformer 36 has a gradient (VZL) and is linear with time. To increase.
[0040] そして、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cがオンとなっている期間 Tonにおいて、 二次卷線 34の出力端子 38及び 40には、一定の負極性の電圧 (負極性パルス Pn) が出力される。直流電源 12の電源電圧を V、トランス 36の卷数比(二次卷線 34の卷 線数 n2Z—次卷線 32の卷線数 nl)を nとしたとき、二次卷線 34の出力端子 38及び 40に現れる出力電圧 Voのレベルは nVである(Vo =—nV)。この期間 Tonにおい ては、二次卷線 34に流れる電流 12の波形も負極性のパルス Pnに準じた波形となる( 図 2B参照)。 [0040] Then, during a period Ton in which each of the first semiconductor switches 28a to 28c is on, a constant negative voltage (negative pulse Pn) is applied to the output terminals 38 and 40 of the secondary winding 34. Is output. Assuming that the power supply voltage of the DC power supply 12 is V and the turns ratio of the transformer 36 (the number of turns n2Z of the secondary winding 34—the number of turns nl of the next winding 32) is n, the output of the secondary winding 34 The level of the output voltage Vo appearing at the terminals 38 and 40 is nV (Vo = —nV). During this period Ton, the waveform of the current 12 flowing through the secondary winding 34 also has a waveform similar to the negative polarity pulse Pn (see FIG. 2B).
[0041] その後、時点 tlにおいて、各第 2の半導体スィッチ 30a〜30cのゲート ソース間 への制御信号の供給を停止することにより、各第 2の半導体スィッチ 30a〜30cがタ ーンオフし、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cの力ソードからの電流もゼロ、つまり、 開放状態となるため、一次卷線 32に流れていた電流 IIは遮断され、一次卷線 32は 残留電磁エネルギによって逆誘起電圧を発生させようとする力 各ダイオード 50a〜 50cが作用し、一次卷線 32の電流 IIは、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cのァノー ド端子→各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cのゲート端子 42a〜42c→各ダイオード 50a〜50cのアノード→各ダイオード 50a〜50cの力ソードで構成される経路に転流 する。このとき、出力端子 38及び 40への高電圧パルス Poの発生が開始されると共に 、トランス 36に発生する誘導起電力によって出力電圧 Voが急峻に上昇する。そして 、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cがオフになって、電流 IIがゼロになった時点 t2 で、高電圧パルス Poがピークとなる。 Thereafter, at time tl, the supply of the control signal between the gate and the source of each of the second semiconductor switches 30a to 30c is stopped, so that each of the second semiconductor switches 30a to 30c is turned off, and each of the second semiconductor switches 30a to 30c is turned off. The current from the force switch of the semiconductor switches 28a to 28c is also zero, that is, it is in an open state, so that the current II flowing through the primary winding 32 is cut off, and the primary winding 32 is subjected to the back electromotive force due to the residual electromagnetic energy. Each of the diodes 50a to 50c acts, and the current II of the primary winding 32 changes from the anode terminal of each of the first semiconductor switches 28a to 28c to the gate of each of the first semiconductor switches 28a to 28c. The terminals 42a to 42c → the anodes of the respective diodes 50a to 50c → commutate to the path composed of the power source of the respective diodes 50a to 50c. At this time, the generation of the high voltage pulse Po to the output terminals 38 and 40 starts, and the output voltage Vo rises sharply due to the induced electromotive force generated in the transformer 36. Then, at time t2 when each of the first semiconductor switches 28a to 28c is turned off and the current II becomes zero, the high voltage pulse Po peaks.
[0042] 高電圧パルス Poのピーク値は、トランス 36の卷数比を n、トランス 36の一次インダク タンスを L、トランス 36の一次卷線 32を流れる電流 IIの遮断速度を (diZdt)としたと き、 nLl (diZdt)である。これは、主スィッチ部 24のアノード一力ソード間電圧 V と [0042] The peak value of the high-voltage pulse Po is represented by n as the turns ratio of the transformer 36, L as the primary inductance of the transformer 36, and (diZdt) as the breaking speed of the current II flowing through the primary winding 32 of the transformer 36. Then, nLl (diZdt). This is the same as the anode-to-sword voltage V of the main switch 24.
AK AK
したとき、高電圧パルス Poのピーク値は nV となり、主スィッチ部 24のアノード一カソ The peak value of the high voltage pulse Po becomes nV, and the anode
AK AK
ード間電圧 V の耐量以上の電圧となる。また、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28c It becomes a voltage higher than the withstand voltage of the inter-node voltage V. Also, each of the first semiconductor switches 28a to 28c
AK AK
の全電気容量の等価容量を Cとすると、高電圧パルス Poのパルス幅 Tpは、 Assuming that the equivalent capacitance of the total electric capacity of C is C, the pulse width Tp of the high-voltage pulse Po is
[0043] [数 1]
となる。 [0043] [number 1] It becomes.
[0044] このように、第 1の実施の形態に係る高電圧ノ ルス発生回路 10Aにおいては、まず 、簡単な回路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭いパルス幅を有する高電圧 パルス Poを供給することができる。そして、主スィッチ部 24に並列に 3つの第 1の半 導体スィッチ 28a〜28cを設け、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cに対応してそれ ぞれ 3つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30cと 3つのダイオード 50a〜50cを接続する ようにしているため、主スィッチ部 24、副スィッチ部 26及びダイオード部 48の各電流 容量を大きくすることができ、その結果、高電圧パルス Poの出力を増大させることが できる。しかも、各第 1の半導体スィッチ 28a〜28cとして容量の小さい半導体スイツ チを使用することができるため、動作スピードの高速ィ匕を図ることができ、電源性能の 向上を図ることができる。 As described above, in the high-voltage pulse generation circuit 10A according to the first embodiment, first, with a simple circuit configuration, the high-voltage pulse Po having a steep rise time and an extremely narrow pulse width is supplied. can do. Then, three first semiconductor switches 28a to 28c are provided in parallel with the main switch part 24, and three second semiconductor switches 30a to 30c are respectively provided corresponding to the first semiconductor switches 28a to 28c. Since the three diodes 50a to 50c are connected, the current capacity of each of the main switch section 24, the sub-switch section 26, and the diode section 48 can be increased, and as a result, the output of the high-voltage pulse Po increases. It can be done. In addition, a semiconductor switch having a small capacity can be used as each of the first semiconductor switches 28a to 28c, so that the operation speed can be increased and the power supply performance can be improved.
[0045] 次に、いくつかの他の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10B〜: L0Hにつ いて図 3〜図 20を参照しながら説明する。 Next, high voltage pulse generating circuits 10B to L0H according to some other embodiments will be described with reference to FIGS.
[0046] まず、第 2の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路は、図 3に示すように、上述 した第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Aとほぼ同様の構成を有す るが以下の点で異なる。 First, as shown in FIG. 3, the high-voltage pulse generating circuit according to the second embodiment has substantially the same configuration as the high-voltage pulse generating circuit 10A according to the above-described first embodiment. However, they differ in the following points.
[0047] すなわち、主スィッチ部 24は、 4つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28dを有する。副 スィッチ部 26は、 2つの第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bを有し、主スィッチ部 24 の 4つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28dと 2つの第 2の半導体スィッチ 30a及び 30b とがそれぞれ 2対 1の関係で接続されている。 [0047] That is, the main switch section 24 has four first semiconductor switches 28a to 28d. The sub-switch section 26 has two second semiconductor switches 30a and 30b, and the four first semiconductor switches 28a to 28d of the main switch section 24 and the two second semiconductor switches 30a and 30b are respectively 2 They are connected in a one-to-one relationship.
[0048] 具体的には、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bの各力ソード端子が接点を 介して一方の第 2の半導体スィッチ 30aに接続され、他の 2つの第 1の半導体スイツ チ 28c及び 28dの各力ソード端子が接点を介して他方の第 2の半導体スィッチ 30bに 接続されている。 [0048] Specifically, the force source terminals of the two first semiconductor switches 28a and 28b are connected to one of the second semiconductor switches 30a via contacts, and the other two first semiconductor switches 28a and 28b are connected to each other. Each of the force source terminals 28c and 28d is connected to the other second semiconductor switch 30b via a contact.
[0049] ダイオード部 48は、 4つのダイオード 50a〜50dを有し、これら 4つのダイオード 50a
〜50dと 4つの第 1の半導体スィッチ 28a〜28dとはそれぞれ 1対 1の関係で接続され ている。 [0049] The diode section 48 has four diodes 50a to 50d, and these four diodes 50a -50d and the four first semiconductor switches 28a-28d are connected in a one-to-one relationship.
[0050] 次に、第 3の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Cは、図 4に示すように、 上述した第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Aとほぼ同様の構成を 有するが以下の点で異なる。 Next, as shown in FIG. 4, the high-voltage pulse generation circuit 10 C according to the third embodiment has a configuration substantially similar to that of the high-voltage pulse generation circuit 10 A according to the first embodiment described above. However, they differ in the following points.
[0051] すなわち、主スィッチ部 24は、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bを有する。 That is, the main switch section 24 has two first semiconductor switches 28a and 28b.
畐 IJスィッチ部 26は、 4つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30dを有し、主スィッチ部 24 の 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bと 4つの第 2の半導体スィッチ 30a〜30d とがそれぞれ 1対 2の関係で接続されている。 畐 The IJ switch section 26 has four second semiconductor switches 30a to 30d, and the two first semiconductor switches 28a and 28b of the main switch section 24 and the four second semiconductor switches 30a to 30d respectively. They are connected in a one-to-two relationship.
[0052] 具体的には、一方の第 1の半導体スィッチ 28aの力ソード端子が接点を介して 2つ の第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bに接続され、他方の第 1の半導体スィッチ 28b の各力ソード端子が接点を介して他の 2つの第 2の半導体スィッチ 30c及び 30dに接 続されている。 Specifically, the force source terminals of one first semiconductor switch 28a are connected to two second semiconductor switches 30a and 30b via contacts, and each of the other first semiconductor switch 28b A force source terminal is connected to the other two second semiconductor switches 30c and 30d via contacts.
[0053] ダイオード部 48は、 2つのダイオード 50a及び 50bを有し、これら 2つのダイオード 5 Oa及び 50bと 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bとはそれぞれ 1対 1の関係で 接続されている。 The diode section 48 has two diodes 50a and 50b, and these two diodes 50a and 50b are connected to the two first semiconductor switches 28a and 28b in a one-to-one relationship. .
[0054] 次に、第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Dは、図 5に示すように、 上述した第 1の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Aとほぼ同様の構成を 有するが以下の点で異なる。 Next, as shown in FIG. 5, a high-voltage pulse generating circuit 10D according to the fourth embodiment has a configuration substantially similar to that of the high-voltage pulse generating circuit 10A according to the above-described first embodiment. However, they differ in the following points.
[0055] すなわち、主スィッチ部 24は、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bを有する。 That is, the main switch section 24 has two first semiconductor switches 28a and 28b.
副スィッチ部 26は、 2つの第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bを有し、主スィッチ部 2 4の 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bと 2つの第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bとがそれぞれ 1対 1の関係で接続されている。ダイオード部 48は、 4つのダイォー ド 50al、 50a2、 50bl及び 50b2を有し、各第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bに対 応してそれぞれ 2つのダイオード(50al、 50a2)及び(50bl、 50b2)が接続されて いる。 The sub-switch section 26 has two second semiconductor switches 30a and 30b, and the two first semiconductor switches 28a and 28b of the main switch section 24 and the two second semiconductor switches 30a and 30b respectively. They are connected in a one-to-one relationship. The diode section 48 has four diodes 50al, 50a2, 50bl, and 50b2, and two diodes (50al, 50a2) and (50bl, 50b2) respectively correspond to the first semiconductor switches 28a and 28b. It is connected.
[0056] 次に、第 5の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Eは、図 6に示すように、 上述した第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Dとほぼ同様の構成を
有するが、ダイオード部 48が 1つのダイオード 50を有し、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bに対して前記 1つのダイオード 50が共通に接続されている点で異なる。 Next, as shown in FIG. 6, the high-voltage pulse generation circuit 10E according to the fifth embodiment has substantially the same configuration as the high-voltage pulse generation circuit 10D according to the above-described fourth embodiment. To However, the difference is that the diode section 48 has one diode 50, and the one diode 50 is commonly connected to the two first semiconductor switches 28a and 28b.
[0057] なお、第 1の実施の形態では、第 1の半導体スィッチ 28と第 2の半導体スィッチ 30と の接続関係を 1対 1、第 1の半導体スィッチ 28とダイオード 50との接続関係を 1対 1と し、第 2の実施の形態では、第 1の半導体スィッチ 28と第 2の半導体スィッチ 30との 接続関係を多対 1とし、第 3の実施の形態では、第 1の半導体スィッチ 28と第 2の半 導体スィッチ 30との接続関係を 1対多としているが、その他、第 1の半導体スィッチ 2 8と第 2の半導体スィッチ 30との接続関係を 1対 1のものと多対 1のものを組み合わせ てもよいし、 1対 1のものと 1対多のものを組み合わせてもよいし、多対 1のものと 1対多 のものを組み合わせてもよ 、。 In the first embodiment, the connection relation between the first semiconductor switch 28 and the second semiconductor switch 30 is one-to-one, and the connection relation between the first semiconductor switch 28 and the diode 50 is one. In the second embodiment, the connection relationship between the first semiconductor switch 28 and the second semiconductor switch 30 is many-to-one, and in the third embodiment, the first semiconductor switch 28 The connection relationship between the first semiconductor switch 28 and the second semiconductor switch 30 is one-to-many, and the connection relationship between the first semiconductor switch 28 and the second semiconductor switch 30 is many-to-one. , One-to-one and one-to-many combinations, or many-to-one and one-to-many combinations.
[0058] 次に、第 6の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Fは、図 7に示すように、 上述した第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Dとほぼ同様の構成を 有するが、以下の点で異なる。 Next, as shown in FIG. 7, the high-voltage pulse generating circuit 10F according to the sixth embodiment has a configuration substantially similar to that of the high-voltage pulse generating circuit 10D according to the above-described fourth embodiment. However, they differ in the following points.
[0059] すなわち、主スィッチ部 24における 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのカソ ード端子が接点 60を介して接続され、副スィッチ部 26における 2つの第 2の半導体 スィッチ 30a及び 30bのドレイン端子が接点 62を介して接続され、これら接点 60と接 点 62が共通化されて共通接点 64となっている。つまり、主スィッチ部 24と副スィッチ 部 26とが共通接点 64を介して接続された形となっている。 That is, the cathode terminals of the two first semiconductor switches 28a and 28b in the main switch section 24 are connected via the contact 60, and the two second semiconductor switches 30a and 30b in the sub-switch section 26 are connected. The drain terminal is connected via a contact 62, and the contact 60 and the contact 62 are shared to form a common contact 64. That is, the main switch section 24 and the sub switch section 26 are connected via the common contact 64.
[0060] ダイオード部 48は、 2つのダイオード 50a及び 50bを有し、これら 2つのダイオード 5 Oa及び 50bと 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bとが 1対 1の関係で接続され ている。 The diode section 48 has two diodes 50a and 50b, and the two diodes 50a and 50b are connected to the two first semiconductor switches 28a and 28b in a one-to-one relationship.
[0061] 次に、第 7の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Gは、図 8に示すように、 上述した第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Dとほぼ同様の構成を 有するが、以下の点で異なる。 Next, as shown in FIG. 8, the high-voltage pulse generation circuit 10G according to the seventh embodiment has a configuration substantially similar to that of the high-voltage pulse generation circuit 10D according to the fourth embodiment described above. However, they differ in the following points.
[0062] すなわち、ダイオード部 48は、 2つのダイオード 50a及び 50bを有し、一方のダイォ ード 50aのアノード端子は、主スィッチ部 24における一方の第 1の半導体スィッチ 28 aのゲート端子 42aと接点 66aを介して接続され、他方のダイオード 50bのアノード端 子は、他方の第 1の半導体スィッチ 28bのゲート端子 42bと接点 66bを介して接続さ
れている。さらに、これら接点 66aと接点 66bが共通化されて共通接点 66となってい る。つまり、主スィッチ部 24とダイオード部 48とが共通接点 66を介して接続された形 となっている。 [0062] That is, the diode section 48 has two diodes 50a and 50b, and the anode terminal of one diode 50a is connected to the gate terminal 42a of the first semiconductor switch 28a of the main switch section 24. The anode terminal of the other diode 50b is connected to the gate terminal 42b of the other first semiconductor switch 28b via a contact 66b. It is. Further, the contact 66a and the contact 66b are shared to form a common contact 66. That is, the main switch portion 24 and the diode portion 48 are connected via the common contact 66.
[0063] 次に、第 8の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Hは、図 9に示すように、 第 6の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路と第 7の実施の形態に係る高電圧 パルス発生回路とを組み合わせた構成を有する。 Next, as shown in FIG. 9, the high-voltage pulse generation circuit 10H according to the eighth embodiment is different from the high-voltage pulse generation circuit according to the sixth embodiment and the seventh embodiment. It has a configuration in which such a high-voltage pulse generation circuit is combined.
[0064] すなわち、主スィッチ部 24と副スィッチ部 26とが共通接点 64を介して接続され、主 スィッチ部 24とダイオード部 48とが共通接点 66を介して接続された形となっている。 That is, the main switch section 24 and the sub-switch section 26 are connected via the common contact 64, and the main switch section 24 and the diode section 48 are connected via the common contact 66.
[0065] 上述した第 2〜第 8の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10B〜: LOHにお いても、上述した第 1の実施の形態に係る高電圧ノ ルス発生回路 10Aと同様に、簡 単な回路構成で、急峻な立ち上がり時間と極めて狭!、パルス幅を有する高電圧パル スを供給でき、且つ、大容量ィ匕を図ることができ、高電圧パルスの出力を増大させる ことができる。また、動作スピードの高速ィ匕を図ることができ、電源性能の向上を図る ことができる。 The high-voltage pulse generating circuits 10 B and 10 B according to the above-described second to eighth embodiments: LOH as well as the high-voltage pulse generating circuit 10 A according to the above-described first embodiment. It is possible to supply a high-voltage pulse having a pulse width with a steep rise time and a very narrow width with a simple circuit configuration, to achieve a large capacity, and to increase the output of a high-voltage pulse. Can be. In addition, the operation speed can be increased, and the power supply performance can be improved.
[0066] ところで、主スィッチ部 24に複数の第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bを設けること によって、以下のような電流のアンバランスが発生するおそれがある。 By providing the plurality of first semiconductor switches 28a and 28b in the main switch section 24, there is a possibility that the following current imbalance may occur.
[0067] 例えば図 10に示す第 4の実施の形態に係る高電圧パルス発生回路 10Dと図 11の 波形図に基づいて説明すると、まず、図 11に示す期間 Ton、すなわち、主スィッチ部 24における 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bが導通されて、エネルギーが蓄 積されている期間において、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bを流れる電流 I al及び Ibl (アノード端子力も力ソード端子に向力 電流)の値にばらつきが発生する 場合がある。 For example, a description will be given based on the high-voltage pulse generating circuit 10 D according to the fourth embodiment shown in FIG. 10 and the waveform diagram of FIG. 11, first, the period Ton shown in FIG. During the period when the two first semiconductor switches 28a and 28b are conducting and energy is stored, the currents Ial and Ibl flowing through the two first semiconductor switches 28a and 28b (the anode terminal force is also applied to the force source terminal). Values may vary.
[0068] また、図 11に示す期間 Toff、すなわち、主スィッチ部 24における 2つの第 1の半導 体スィッチ 28a及び 28bがターンオフする期間において、各第 1の半導体スィッチ 28 a及び 28bでの電流遮断の挙動が異なることにより、各第 1の半導体スィッチ 28a及 び 28bでの引抜電流 Ia2及び Ib2 (アノード端子力 ゲート端子に向力 電流)にばら つきが発生する場合がある。 In the period Toff shown in FIG. 11, that is, during the period in which the two first semiconductor switches 28a and 28b in the main switch section 24 are turned off, the current in each of the first semiconductor switches 28a and 28b Due to the difference in the breaking behavior, variations may occur in the extraction currents Ia2 and Ib2 (the anode terminal force and the gate terminal) in each of the first semiconductor switches 28a and 28b.
[0069] まず、各第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bが導通している期間 Tonにおける電流 I
al及び Iblのばらつきは、図 12に示すように、インダクタ 22の一端 44から一方の第 1 の半導体スィッチ 28aのアノード端子までの配線 72aの抵抗値 (正確にはインピーダ ンス) Raと、インダクタ 22の一端 44から他方の第 1の半導体スィッチ 28bのアノード端 子までの配線 72bの抵抗値 (インピーダンス) Rbとのばらつきが大きく関わって ヽると 考えられる。 First, the current I in the period Ton during which the first semiconductor switches 28a and 28b are conducting is As shown in FIG. 12, variations in al and Ibl are caused by the resistance value (accurately, impedance) Ra of the wiring 72a from one end 44 of the inductor 22 to the anode terminal of one of the first semiconductor switches 28a, and the inductor 22 It is considered that the variation from the resistance value (impedance) Rb of the wiring 72b from one end 44 of the first semiconductor switch 28b to the anode terminal of the other first semiconductor switch 28b is greatly involved.
[0070] 例えば、配線 72aの径を 2mm2、長さを 50mmとし、配線 72bの径を 2mm2、長さを 60mmとしたとき、抵抗値 Ra及び Rbは配線 72a及び 72bの長さの比例するため、抵 抗値 Ra及び Rbのずれは 20%となり、 2つの第 1の半導体スィッチに流れる電流 Ial 及び Iblの配分は 20%差を生じる。 For example, when the diameter of the wiring 72a is 2 mm 2 , the length is 50 mm, and the diameter of the wiring 72b is 2 mm 2 and the length is 60 mm, the resistance values Ra and Rb are proportional to the lengths of the wirings 72a and 72b. Therefore, the difference between the resistance values Ra and Rb is 20%, and the distribution of the currents Ial and Ibl flowing through the two first semiconductor switches causes a difference of 20%.
[0071] 従って、これらの配線抵抗 Ra及び Rbの値を適宜調整することで電流 Ial及び Ibl のばらつきを抑制することができると考えられる力 これらの配線抵抗 Ra及び Rbの値 は、他の配線の抵抗値と比して小さいため、調整をとること自体困難を極める。特に、 主スィッチ部 24を構成する第 1の半導体スィッチの並列数が多 、場合は、構造的な 制約等により、配線距離を均等にできない場合があり、前記電流のばらつきを抑制す るには限界がある。 Therefore, by appropriately adjusting the values of these wiring resistances Ra and Rb, it is considered that the variation of the currents Ial and Ibl can be suppressed. The values of these wiring resistances Ra and Rb are different from those of other wirings. Since the resistance value is smaller than the resistance value, the adjustment itself is extremely difficult. In particular, when the number of the first semiconductor switches constituting the main switch section 24 is large in parallel, the wiring distances may not be uniform due to structural restrictions and the like. There is a limit.
[0072] そこで、第 1の変形例に係る高電圧パルス発生回路 10aにおいては、図 13に示す ように、一次卷線 32を主スィッチ部 24における前記第 1の半導体スィッチの個数と同 じ個数の卷線 (この例では、第 1の一次卷線 32aと第 2の一次卷線 32b)を並列にして 構成し、 2つの卷線 32a及び 32bと 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bとをそれ ぞれ 1対 1の関係で接続する。 Therefore, in the high-voltage pulse generating circuit 10a according to the first modification, as shown in FIG. 13, the number of primary windings 32 is the same as the number of the first semiconductor switches in the main switch section 24. (In this example, the first primary winding 32a and the second primary winding 32b) are configured in parallel, and the two windings 32a and 32b and the two first semiconductor switches 28a and 28b Are connected in a one-to-one relationship.
[0073] これにより、一方の第 1の半導体スィッチ 28aと第 1の一次卷線 32aとの間の配線抵 抗 Raは、第 1の一次卷線 32aの配線抵抗 Rcよりも大幅に小さぐ他方の第 1の半導 体スィッチ 28bと第 2の一次卷線 32bとの間の配線抵抗 Rbは、第 2の一次卷線 32b の配線抵抗 Rdよりも大幅に小さいことから、構造的要因等による配線抵抗 Ra及び R bのずれはほとんど無視できる程度となり、一方の第 1の半導体スィッチ 28aに流れる 電流 la 1と他方の第 1の半導体スィッチ 28bに流れる電流 lb 1とのバランスを容易にと ることがでさる。 As a result, the wiring resistance Ra between one of the first semiconductor switches 28a and the first primary winding 32a is significantly smaller than the wiring resistance Rc of the first primary winding 32a. The wiring resistance Rb between the first semiconductor switch 28b and the second primary winding 32b is significantly smaller than the wiring resistance Rd of the second primary winding 32b. The deviation between the wiring resistances Ra and Rb is almost negligible, and easily balances the current la1 flowing through one first semiconductor switch 28a with the current lb1 flowing through the other first semiconductor switch 28b. It comes out.
[0074] 例えば、第 1及び第 2の一次卷線 32a及び 32bの長さを 800mm、配線 72aの径を
2mm2 ,長さを 50mmとし、配線 72bの径を 2mm2、長さを 60mmとしたとき、第 1及び 第 2の一次卷線 32a及び 32bを含めた抵抗値のずれは、 1. 25%程度となり、電流 la 1及び Iblのずれもほとんどなくなる。 For example, the length of the first and second primary windings 32a and 32b is 800 mm, and the diameter of the wiring 72a is 2 mm 2, the length and 50 mm, when the diameter of the wires 72b and 2 mm 2, a length of 60 mm, the deviation of the resistance value including the first and second primary卷線32a and 32b, 1.25% And the deviation of the currents la 1 and Ibl is almost eliminated.
[0075] 第 1の変形例では、 2つの卷線 32a及び 32bと 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bとをそれぞれ 1対 1の関係で接続するようにしたが、その他、図 14に示す第 2の 変形例に係る高電圧パルス発生回路 10bのように、上述した第 2の実施の形態に係 る高電圧パルス発生回路 10Bと同様に、主スィッチ部 24に 4つの第 1の半導体スイツ チ 28a〜28dを設け、 2つの卷線 32a及び 32bと 4つの第 1の半導体スィッチ 28a〜2 8dとをそれぞれ 1対 2の関係で接続するようにしてもょ 、。 In the first modified example, the two windings 32a and 32b and the two first semiconductor switches 28a and 28b are connected in a one-to-one relationship, respectively. Like the high-voltage pulse generating circuit 10b according to the second modification, the four first semiconductor switches are connected to the main switch unit 24 in the same manner as the high-voltage pulse generating circuit 10B according to the above-described second embodiment. The switches 28a to 28d may be provided to connect the two windings 32a and 32b to the four first semiconductor switches 28a to 28d in a one-to-two relationship.
[0076] もちろん、主スィッチ部 24と副スィッチ部 26との関係、主スィッチ部 24とダイオード 部 48との関係は、前記第 2の実施の形態のほか、上述した第 3の実施の形態に係る 高電圧パルス発生回路 10C〜第 8の実施の形態に係る高電圧ノ ルス発生回路 10H と同様の構成を採用するようにしてもょ 、。 Of course, the relationship between the main switch portion 24 and the sub-switch portion 26 and the relationship between the main switch portion 24 and the diode portion 48 are different from those in the second embodiment and the third embodiment described above. A configuration similar to that of the high-voltage pulse generation circuit 10C to the high-voltage pulse generation circuit 10H according to the eighth embodiment may be adopted.
[0077] 次に、主スィッチ部 24における 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bがターン オフする期間 Toffにおける電流 Ia2及び Ib2のばらつきは、図 15に示すように、 2つ の第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのストレージ時間のばらつきに起因している。ス トレージ時間とは、例えば一方の第 1の半導体スィッチ 28aに関していえば、対応す る第 2の半導体スィッチ 30aがオフとされた時点から、第 1の半導体スィッチ 28aに蓄 積されて!、た電荷がゼロとなるまでの時間である。他方の第 1の半導体スィッチ 28bも 同様である。 Next, the variation of the currents Ia2 and Ib2 during the period Toff when the two first semiconductor switches 28a and 28b in the main switch section 24 are turned off, as shown in FIG. This is due to the variation in the storage time of the switches 28a and 28b. The storage time is, for example, with respect to one of the first semiconductor switches 28a, from the time when the corresponding second semiconductor switch 30a is turned off, is accumulated in the first semiconductor switch 28a! This is the time until the charge becomes zero. The same applies to the other first semiconductor switch 28b.
[0078] 例えば図 15に示すように、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bが導通状態に あって共に電流 Ial及び Iblが流れている状態から、時点 ti lにおいて、例えば 2つ の第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bが同時にオフになった場合、 2つの第 1の半導 体スィッチ 28a及び 28bは同時にターンオフが開始されることになる。つまり、ストレー ジ時間が開始される。この時点 ti lから各第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのァノ 一ド→各第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのゲート→各ダイオード(50al、 50a2) 及び(50bl、 50b2)のアノード→各ダイオード(50al、 50a2)及び(50bl、 50b2) の力ソードで構成される 2つの経路で還流(弓 I抜電流 Ia2及び Ib2の流れ)が起こり、
各第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bにおいて電荷が引き抜かれる。 For example, as shown in FIG. 15, from the state where the two first semiconductor switches 28a and 28b are conducting and the currents Ial and Ibl flow together, If the other semiconductor switches 30a and 30b are turned off at the same time, the two first semiconductor switches 28a and 28b will be turned off at the same time. That is, the storage time starts. From this time ti, the anode of each first semiconductor switch 28a and 28b → the gate of each first semiconductor switch 28a and 28b → the anode of each diode (50al, 50a2) and (50bl, 50b2) → each diode (50al, 50a2) and (50bl, 50b2) The reflux (the flow of the Ia currents Ia2 and Ib2) occurs in two paths composed of the force swords, At each of the first semiconductor switches 28a and 28b, the charge is extracted.
[0079] ここで、一方の第 1の半導体スィッチ 28aのストレージ時間 Tstlが、他方の第 1の半 導体スィッチ 28bのストレージ時間 Tst2よりも短い場合、まず先に、一方の第 1の半 導体スィッチ 28aにおいて電荷がゼロとなってストレージ時間 Tstlが終了し、時点 tl 2において、第 1の半導体スィッチ 28aがオフすることとなる。従って、それ以降、残り の第 1の半導体スィッチ 28bがオフするまでの期間 Tb、該第 1の半導体スィッチ 28b のみに対して、ターンオフ開始時よりも大きな引抜電流 Ib2が急激に流れることになり 、損失や信頼性の観点力も好ましくない。 Here, when the storage time Tstl of one first semiconductor switch 28a is shorter than the storage time Tst2 of the other first semiconductor switch 28b, first, the first semiconductor switch 28a At 28a, the charge becomes zero and the storage time Tstl ends, and at time tl2, the first semiconductor switch 28a is turned off. Therefore, after that, during the period Tb until the remaining first semiconductor switch 28b is turned off, a larger extraction current Ib2 than in the start of turn-off suddenly flows through only the first semiconductor switch 28b, The power of loss and reliability is also not preferable.
[0080] そこで、図 16に示す第 3の変形例に係る高電圧パルス発生回路 10cにおいては、 2つの第 2の半導体スィッチ 30a及び 30bの各ゲート端子とソース端子間に、それぞ れ個別の制御信号 Sa及び Sbが供給されるように構成する。そして、図 17に示すよう に、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのうち、ストレージ時間の短い例えば一 方の第 1の半導体スィッチ 28aに対応する一方の第 2の半導体スィッチ 30aをオフす るタイミングを、他方の第 2の半導体スィッチ 30bをオフするタイミングよりも時間てほ ど遅くする。 Therefore, in the high-voltage pulse generating circuit 10c according to the third modified example shown in FIG. 16, an individual circuit is provided between each gate terminal and the source terminal of the two second semiconductor switches 30a and 30b. The control signals Sa and Sb are configured to be supplied. Then, as shown in FIG. 17, of the two first semiconductor switches 28a and 28b, one second semiconductor switch 30a corresponding to, for example, one of the first semiconductor switches 28a having a short storage time is turned off. The timing for turning off the second semiconductor switch 30b is set to be slightly later than the timing for turning off the second semiconductor switch 30b.
[0081] これによつて、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのオフするタイミング(各スト レージ時間 Tstl及び Tst2の終了時点)をほぼ同じに設定させることができ、他方の 第 1の半導体スィッチ 28bのみに大きな引抜電流 Ib2が流れるという不都合を回避す ることができる。これは、損失の低減並びに信頼性の向上につながる。 [0081] Thus, the timings at which the two first semiconductor switches 28a and 28b are turned off (the end times of the respective storage times Tstl and Tst2) can be set to be substantially the same, and the other first semiconductor switches 28a and 28b can be set to be substantially the same. It is possible to avoid the disadvantage that a large extraction current Ib2 flows only in the switch 28b. This leads to reduced losses and improved reliability.
[0082] その他の構成としては、例えば図 18に示す第 4の変形例に係る高電圧パルス発生 回路 10dのように、一方の第 1の半導体スィッチ 28aのゲート端子 42aと対応する 2つ のダイオード 50al及び 50a2の共通アノード端子との間の配線 70aのインダクタンス 成分 Laと、他方の第 1の半導体スィッチ 28bのゲート端子 42bと対応する 2つのダイ オード 50b 1及び 50b2の共通アノード端子との間の配線 70bのインダクタンス成分 L bとを調整する。調整は、前記配線 70aの長さと配線 70bの長さを変えること等である 。これにより、例えば一方の第 1の半導体スィッチ 28aの引抜電流 Ia2を遅らせること ができ、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのオフするタイミング(各ストレージ 時間 Tstl及び Tst2の終了時点)をほぼ同じに設定させることができる。
[0083] その他の構成としては、例えば図 19に示す第 5の変形例に係る高電圧パルス発生 回路 10eのように、一方の第 1の半導体スィッチ 28aのゲート端子 42aと対応する 2つ のダイオード 50al及び 50a2の共通アノード端子との間の配線 70aのレジスタンス成 分 ra及びインダクタンス成分 Laと、他方の第 1の半導体スィッチ 28bのゲート端子と 対応する 2つのダイオード 50bl及び 50b2の共通アノード端子との間の配線 70bの レジスタンス成分 rb及びインダクタンス成分 Lbとを調整する。この場合も、例えば一 方の第 1の半導体スィッチ 28aの引抜電流 Ia2を遅らせることができ、 2つの第 1の半 導体スィッチ 28a及び 28bのオフするタイミング(各ストレージ時間 Tstl及び TsT2の 終了時点)をほぼ同じに設定させることができる。 As another configuration, for example, as in a high-voltage pulse generation circuit 10d according to a fourth modification shown in FIG. 18, two diodes corresponding to the gate terminal 42a of one first semiconductor switch 28a Between the inductance component La of the wiring 70a between the common anode terminal of 50al and 50a2 and the common anode terminal of the two diodes 50b 1 and 50b2 corresponding to the gate terminal 42b of the other first semiconductor switch 28b. Adjust the inductance component Lb of the wiring 70b. The adjustment includes changing the length of the wiring 70a and the length of the wiring 70b. As a result, for example, the extraction current Ia2 of one of the first semiconductor switches 28a can be delayed, and the timing of turning off the two first semiconductor switches 28a and 28b (the end times of the respective storage times Tstl and Tst2) is substantially the same. Can be set to As another configuration, for example, as in a high-voltage pulse generation circuit 10e according to a fifth modified example shown in FIG. 19, two diodes corresponding to the gate terminal 42a of one first semiconductor switch 28a The resistance component ra and inductance component La of the wiring 70a between the common anode terminal of 50al and 50a2 and the common anode terminal of the two diodes 50bl and 50b2 corresponding to the gate terminal of the other first semiconductor switch 28b. The resistance component rb and the inductance component Lb of the wiring 70b between them are adjusted. Also in this case, for example, the extraction current Ia2 of one of the first semiconductor switches 28a can be delayed, and the two first semiconductor switches 28a and 28b are turned off (at the end of each of the storage times Tstl and TsT2). Can be set to be almost the same.
[0084] もちろん、前記配線 70aのレジスタンス成分 mと前記配線 70bのレジスタンス成分 r bのみを調整して、例えば一方の第 1の半導体スィッチ 28aの引抜電流 Ia2を遅らせ るようにしてちょい。 Of course, by adjusting only the resistance component m of the wiring 70a and the resistance component rb of the wiring 70b, for example, the extraction current Ia2 of one of the first semiconductor switches 28a is delayed.
[0085] その他の構成としては、例えば図 20に示す第 6の変形例に係る高電圧パルス発生 回路 10fのように、順方向電圧あるいは順回復電圧が異なる 2つのダイオード (第 1及 び第 2のダイオード 50A及び 50B)を用意し、一方の第 1の半導体スィッチ 28aに対 応して例えば第 1のダイオード 50Aを接続し、他方の第 1の半導体スィッチ 28bに対 応して第 2のダイオード 50Bを接続する。各ダイオード 50A及び 50Bの順方向電圧 あるいは順回復電圧が異なっていることで、例えば一方の第 1の半導体スィッチ 28a の弓 I抜電流 Ia2を遅らせることができ、 2つの第 1の半導体スィッチ 28a及び 28bのォ フするタイミング (各ストレージ時間 Tstl及び Tst2の終了時点)をほぼ同じに設定さ せることができる。 As another configuration, for example, as in a high-voltage pulse generation circuit 10f according to a sixth modification example shown in FIG. 20, two diodes (first and second diodes) having different forward voltage or forward recovery voltage are provided. Diodes 50A and 50B), for example, a first diode 50A is connected to one of the first semiconductor switches 28a, and a second diode is connected to the other first semiconductor switch 28b. Connect 50B. Since the forward voltage or the forward recovery voltage of each diode 50A and 50B is different, for example, the bow I extraction current Ia2 of one first semiconductor switch 28a can be delayed, and the two first semiconductor switches 28a and The timing of 28b off (the end time of each storage time Tstl and Tst2) can be set to be almost the same.
[0086] もちろん、同じ特性のダイオードを 3つ用意し、例えば一方の第 1の半導体スィッチ 28aに対応して 2つのダイオードを直列に接続し、他方の第 1の半導体スィッチ 28b に対応して 1つのダイオードを接続するようにしてもよい。これによつても、例えば一方 の第 1の半導体スィッチ 28aの引抜電流 Ia2を遅らせることができる。 [0086] Of course, three diodes having the same characteristics are prepared. For example, two diodes are connected in series corresponding to one first semiconductor switch 28a, and one diode is connected to the other first semiconductor switch 28b. Two diodes may be connected. According to this, for example, the pull-out current Ia2 of one of the first semiconductor switches 28a can be delayed.
[0087] なお、本発明に係る高電圧パルス発生回路は、上述の実施の形態に限らず、本発 明の要旨を逸脱することなぐ種々の構成を採り得ることはもちろんである。
[0087] The high-voltage pulse generating circuit according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may, of course, adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.